基于SIM5320的老年人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

吳 響,毛亞青,趙 強(qiáng)

（醫(yī)學(xué)信息學(xué)院，徐州醫(yī)學(xué)院，江蘇徐州，221000）

基于SIM5320的老年人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

吳 響,毛亞青,趙 強(qiáng)

（醫(yī)學(xué)信息學(xué)院，徐州醫(yī)學(xué)院，江蘇徐州，221000）

隨著人口老齡化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，老年人的健康安全監(jiān)護(hù)問(wèn)題日益成為人們關(guān)注的話題。為了對(duì)老年人的位置及健康狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)的監(jiān)控，本文結(jié)合GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、GPRS通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種以STM32為主控制器，搭載脈搏傳感器，用SIM5320作為無(wú)線定位和網(wǎng)絡(luò)傳輸器件的老年人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。測(cè)試表明，系統(tǒng)采集信號(hào)穩(wěn)定，定位精度準(zhǔn)確，符合老年人監(jiān)護(hù)的實(shí)際應(yīng)用需求。

SIM5320；GPS定位；GPRS網(wǎng)絡(luò)；STM32；老年人監(jiān)護(hù)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)人口老齡化問(wèn)題不斷加重。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)的人均壽命在75歲左右，預(yù)計(jì)到2050年我國(guó)老年人口的總數(shù)將占我國(guó)人口總數(shù)的25.5%。隨著中國(guó)的獨(dú)生子女日益增多，子女贍養(yǎng)老人的負(fù)擔(dān)也越來(lái)越重，繁重的工作競(jìng)爭(zhēng)壓力使得子女對(duì)老人無(wú)暇顧及。同時(shí)，一些老年人生活觀念發(fā)生轉(zhuǎn)變，不再和子女住在一起，許多老年人家庭變成了空巢家庭或獨(dú)居家庭。在這樣的背景下，探索新的老年人監(jiān)護(hù)模式刻不容緩。

為此，本文提出了一種基于SIM5320的老年人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，該方案實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程定位、追蹤，采集老年人的心率數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)異常時(shí)發(fā)送警報(bào)等功能。使得家屬或監(jiān)護(hù)人員通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)終端即可實(shí)時(shí)獲取老年人的位置、心率數(shù)據(jù)等信息，為老年人的日常監(jiān)護(hù)提供便利，為老年人的健康保駕護(hù)航。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)共包括感知節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)中心、PC監(jiān)護(hù)終端和手持監(jiān)控終端，系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。感知節(jié)點(diǎn)以腕帶的形式安置在老年人手腕處，通過(guò)GPS技術(shù)和傳感器技術(shù)獲取實(shí)時(shí)定位信息及老年人的脈搏等體征狀況，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)為介質(zhì)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)中心；服務(wù)器接收到老年人的相關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)終端實(shí)現(xiàn)向家人或監(jiān)護(hù)人員提供老年人的實(shí)時(shí)位置和脈搏狀況，并在老年人出現(xiàn)異常狀況時(shí)發(fā)出警報(bào)。

2 感知節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

老年人監(jiān)護(hù)感知節(jié)點(diǎn)由主處理器模塊、電源驅(qū)動(dòng)電路、無(wú)線GPS定位及GPRS通信模塊、LCD模塊、脈搏傳感器、傳感器驅(qū)動(dòng)模塊等構(gòu)成。感知節(jié)點(diǎn)以ARM公司Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VET6作為處理器，控制定時(shí)接收傳感器采集的信號(hào)，通過(guò)調(diào)理電路和傳感器驅(qū)動(dòng)模塊獲取到可使用的數(shù)字信號(hào)并同時(shí)獲取GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，STM32通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器。感知節(jié)點(diǎn)同時(shí)可以響應(yīng)按鍵事件，將環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地在本地液晶上顯示。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架Fig.1 The overall framework of the system

圖2 感知節(jié)點(diǎn)硬件框架Fig.2 Hardware framework of the node for monitoring

圖3 無(wú)線定位及通信模塊結(jié)構(gòu)框圖Fig.3 Block diagram of wireless location and communication module

圖4 感知節(jié)點(diǎn)軟件工作流程圖Fig.5 Software workflow diagram of Sensor node

2.1 脈搏傳感器模塊

感知節(jié)點(diǎn)采用SC0073動(dòng)態(tài)微壓傳感器，它是一種高性能、低成本的壓電式小型壓力傳感器，采用壓電薄膜作為換能材料，動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)通過(guò)薄膜變成電荷量，再經(jīng)傳感器內(nèi)部放大電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。SC0073傳感器具有靈敏度高、沖擊波能力強(qiáng)、抗過(guò)載、抗干擾性好、操作簡(jiǎn)便、體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn)，這些優(yōu)良特性使其在腕帶式脈搏采集的過(guò)程中具有極佳的表現(xiàn)。

2.2 無(wú)線定位及數(shù)據(jù)通信模塊

與以往GPS模塊和GPRS模塊分開的定位系統(tǒng)相比，系統(tǒng)采用無(wú)線模塊提供商SIM公司(SIMCom)推出的3G/ HSDPA模塊SIM5320，SIM5320內(nèi)嵌GPS和A-GPS，提高了系統(tǒng)的可靠性，該模塊為SMT封裝，尺寸緊湊、厚度超薄，從而縮小PCB設(shè)計(jì)的尺寸。STM32F103單片機(jī)通過(guò)串口通信與SIM5320模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線通信功能。如圖3為無(wú)線定位及通信模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

3 感知節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用μC/OS-II作為感知節(jié)點(diǎn)的軟件平臺(tái)，首先初始化硬件資源，實(shí)現(xiàn)定時(shí)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等模塊初始化；下一步進(jìn)行μC/OS協(xié)議棧的初始化，同時(shí)配置系統(tǒng)任務(wù)并啟動(dòng)μC/OS；然后開啟采集脈搏數(shù)據(jù)任務(wù)、獲取GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)、與服務(wù)器進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)通信的任務(wù)。感知節(jié)點(diǎn)采用UDP的方式與數(shù)據(jù)服務(wù)中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將采集到的GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)、當(dāng)前時(shí)間和節(jié)點(diǎn)編號(hào)一同發(fā)送至服務(wù)器。節(jié)點(diǎn)通過(guò)周期性喚醒采集的方式進(jìn)行工作，一般處在休眠狀態(tài)下，在定時(shí)器到達(dá)時(shí)進(jìn)行相關(guān)采集、通信工作，從而降低了節(jié)點(diǎn)的功耗。具體工作流程如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套基于GPS衛(wèi)星定位技術(shù)和GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的老年人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了老年人的家屬或監(jiān)護(hù)人員對(duì)老年人實(shí)時(shí)位置和脈搏數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用廣泛應(yīng)用、覆蓋范圍廣的3G網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，從而使數(shù)據(jù)得以有效、穩(wěn)定的傳輸；利用周期性喚醒的監(jiān)測(cè)運(yùn)行方式，極大地降低了節(jié)點(diǎn)的功耗；利用GPS、GPRS二合一的無(wú)線模塊，提高了系統(tǒng)的統(tǒng)一性并極大地縮小了感知節(jié)點(diǎn)的尺寸。本系統(tǒng)在實(shí)際批量使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在采集老年人脈搏數(shù)據(jù)和定位信息方面準(zhǔn)確度良好，UDP收包率較高，符合實(shí)際應(yīng)用的需求。課題下一步將擴(kuò)展系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，降低節(jié)點(diǎn)的功耗并提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)研究如何利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將海量的老年人監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)更進(jìn)步的老年人健康監(jiān)護(hù)。

Design and Research of Remote Monitoring System for the Elderly Based on SIM5320

Wu Xiang,Mao Yaqing,Zhao Qiang
（School of Medical Information，Xuzhou Medical College,Jiangsu Xuzhou,221000）

With the continuous development of the aging population, safety and health care for the elderly is gradually becoming a topic of concern.In order to carry out the remote and real-time monitoring of position and health status of the elderly, this paper designs a remote monitoring system of the elderly, which is based on GPS technology, GPRS communication technology, sensor technology and the Internet of things technology.The system takes STM32 as the main controller, carries the pulse sensor, uses SIM5320 as the wireless localization and the network transmission device.The test shows that the system is stable and the positioning accuracy is accurate, which is in accordance with the actual application of the elderly monitoring.

SIM5320; GPS location; GPRS network; STM32; Elderly care